- 《探索 Python（1）: Python 的內建數值型別》
- 《探索 Python（2）: 探索 Python 型別的層次結構 —— 瞭解物件和容器》
- 《探索 Python（3）: 探索 Python 型別的層次結構 —— 使用字串》
- 《探索 Python（4）: 探索 Python 型別的層次結構 —— 使用列表》
程式流
該 探索 Python 系列的前 4 篇文章介紹了 Python 程式中常用的基本資料型別，包括：
- 內建的數值資料型別
Tuple容器型別String容器型別List容器型別
該系列的前 4 篇文章也展示了一些簡單的 Python 例子，這些例子管理儲存有這四種型別的資料的變數。儘管我沒有指出，但是我自然還是假設您像讀一本書一樣地讀並解釋程式碼。（至少英語中）自然的順序是從頁面或程式的頂端開始，然後從左往右讀每一行。當達到行尾後，又是下一行的開始（或者叫做左端），依此類推，沿著頁面（這裡是指程式）往下走。
Python 直譯器在其最簡單的級別，以類似的方式操作，即從程式的頂端開始，然後一行一行地順序執行程式語句。例如，清單 1 展示了幾個簡單的語句。當把它們鍵入 Python 直譯器中（或者將它們儲存在一個檔案中，並作為一個 Python 程式來執行）時，讀取語句的順序是從左到右。 當讀到一個行結束符（比如換行符）時，Python 直譯器就前進到下一行並繼續，直到沒有了程式碼行。
清單 1. 一個簡單的 Python 程式
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>>> i = 1 >>> type(i) <type 'int'> >>> l = [0, 1, 2, 3, 4] >>> l * i [0, 1, 2, 3, 4] |
在本例中，語句以簡單的順序一個接一個。但是情況並不總是線性的。考慮一個個人的例子。您今天早上醒來，聽了交通或天氣報告（或者兩者都聽了）。根據交通報告，您可能選擇了一條不同的上班路線；或者類似地，根據天氣報告，您為週末計劃了不同的活動。您的對策並不簡單；根據您所獲得的資訊，生活的自然順序迂迴而曲折。
Python 像大多數程式語言一樣，通過使用流控制語句，也可以以這種方式操作。在 Python 中，有 3 種基本的流控制語句：
if語句，它基於測試表示式的結果執行一個特定的語句塊。while迴圈，它當一個測試表示式為 true 時執行一個語句塊。for迴圈，它對一個語句塊執行一定次數。
這個列表相當簡單，並且您可能從其他程式語言認識了這些流控制語句。但是您可能在想，語句塊 是什麼意思呢。在清單 1 中，您看到了幾個簡單的語句，包括一個變數初始化、一個方法呼叫（type 方法）和一個乘法操作。這些語句執行一個簡單的操作，因此把它們叫做簡單語句。
Python 也具有複合語句，即相關語句形成的語句組，其中包括簡單和（可能）附加的複雜語句。例如，根據表示式的值（對個人來說，可能是對“今天的天氣晴朗嗎”之類問題的答案），一個複合語句可能執行不同的操作或者對一個操作重複多次。這一描述似乎有些類似於前一段的流控制描述。當然應該類似，因為流控制語句就是複合語句。
一個複合語句包括一個流控制指令，後跟一個冒號（:），然後再是一個程式語句塊。語句塊由一個或多個簡單語句和複合語句組成。清單 2 中提供了一個簡單的虛擬碼例子。
清單 2. 一個虛擬碼例子展示了簡單語句和複雜語句
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simple statement one compound statement one: simple statement two simple statement three compound statement two: simple statement four simple statement five |
該語法看起來既熟悉又陌生，並且兩種感覺來自相同的事情：縮排。在列大綱或步驟時，您可能會使用不同級別的縮排來分隔每一項，使得列出來的東西更加清晰可讀。Python 遵循這一模型，使用縮排來分隔程式碼塊與程式的其餘部分。其他程式語言使用特殊的字元來區分程式碼塊，比如基於 C 的語言中的花括號（{ 和 }）。這些其他語言也鼓勵程式設計師使用縮排，以改善程式的可讀性。
另一方面，Python 需要縮排以指示程式碼塊。如果沒有正確地縮排，Python 直譯器會丟擲異常。可以使用製表符來標記縮排，但是一般推薦使用空格。（為了一致性，我總是使用 4 個空格來縮排程式碼塊。）理由很簡單：空格字元只有一種解釋方式。另一方面，製表符可以有不同的解釋方式，根據所使用的平臺或工具，可以解釋為 2 個、4 個、6 個甚至 8 個空格。
增強程式可讀性
縮排要求可能是 Python 的一個基本指導原則 —— Python 程式應該易於讀和理解 —— 的最佳例子。但是這就跟工具一樣，頑固分子也可能會編寫晦澀的 Python 程式碼。例如，螺絲起子是用來起螺絲的，但是有時您也可能用來開啟油漆蓋子。
兩個其他特性有助於編寫易讀的 Python 程式，並且這兩者都遵循前面所用的書的比喻。首先，書中的行不會延伸到頁面外面，都有固定的長度。其次，書中的行不是以特殊符號（比如分號）結束。這兩個特性都貫穿於編寫 Python 程式的過程中。
如果某個程式行太長，可以在檔案中的下一物理行繼續這一行。沒有硬性規定一個程式碼行應該多長。但是一般限制為 80 個字元，這容易適合大多數顯示器的一個列印頁面。有幾種方式來擴充套件超過一行的程式碼語句：
- 三引號字串可以擴充套件到多個行。
- 括號中的表示式可以擴充套件到多個行。
- 可以使用繼續字元（
\）來在多行分割語句。
在 Python 中，不需要使用特殊字元（或符號）來指示語句的結束。這與有些語言不同。例如，基於 C 的語言使用分號（;）來指示程式碼行的結束。然而，有時候需要在一行放多個程式語句，例如初始化變數時。在這樣的情況下，可以使用分號來分隔單個語句。
清單 3 中演示了這兩種技術。
清單 3. 演示 Python 的可讀性技術
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>>> i1 = 10 ; i2 = 20 ; i3 = 30 >>> >>> b = ((i1 < 20) and ... (i2 < 30) and ... (i3 < 40)) >>> b True >>> >>> b = (i1 < 20) and \ ... (i2 < 30) and \ ... (i3 < 40) >>> >>> b True |
注意清單 3 中擴充套件到多個行的程式語句是如何縮排以改善可讀性的。在本例中，縮排不是強制性的，就跟一個複合語句一樣。但是正如您所見，縮排改善了程式的外觀，因而強烈推薦進行縮排。
if 語句
最簡單的流控制語句是 if 語句，它的基本語法在清單 4 中的虛擬碼中演示了。if 語句在一個布林表示式計算為 True 時執行一個程式語句塊。if 語句支援一個可選的 else 子句，指示當布林表示式計算為 False 時應該處理的程式語句塊。
清單 4. if 語句的基本語法
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if(expression one): # Action to take if expression one evaluates True else: # Action to take if all expression one evaluates False |
如果您使用過其他程式語言，那麼該語法看起來可能既熟悉又陌生。相似之處在於 if 語句的一般格式、名稱、用於確定如何分支語句執行流的表示式的計算，以及用於處理當表示式計算為 False 時的情況的 else 子句。但是有兩個方面是完全特定於 Python 的：帶有冒號字元的 if 和else 語句的終止，以及 if 和 else 塊中語句的縮排。正如所提到的，這兩個特徵是 Python 中流控制語句所必需的。
在清單 5 中，一個簡單的 if/else 條件測試一個給定的數字是奇數還是偶數，並列印出結果。
清單 5. 一個簡單的 if 語句例子
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>>> i = 8 >>> if(i % 2): ... print "Odd Number" ... else: ... print "Even Number" ... Even Number |
一個似乎有些混亂的地方是 if 語句後面每一行前面的三個點（...）。當鍵入 if 語句和終止的冒號，並按鍵盤上的Enter鍵時，Python 直譯器就知道您輸入了一個複合語句。因此，它就將提示符從三個大於符號（>>>）改為三個點（...）。因為 Python 需要縮排以錯開當表示式計算為 True 或 False 時應該執行的語句塊，所以兩個 print 語句都縮排了 4 個空格。
if 語句（以及本文後面討論的 elif 子句和 while 迴圈）中的表示式可以很複雜。它可以包括多個使用 Python 中支援的不同關係運算子的子表示式。而子表示式又可使用 and、or 和 not 邏輯運算子組合起來。本系列的第一篇文章“探索 Python（1）: Python 的內建數值型別”，包含更多關於布林表示式和 Python 中不同關係和邏輯運算子的資訊。
至此，已經看到了 if 語句可以如何用於根據一個特定布林表示式的值，來執行兩個程式語句塊中的其中一個。然而在有些情況下，可能需要更多的選擇。幸運的是，Python 提供了 if 語句的一個簡單擴充套件。提供的解決方案非常簡單：給 else 子句新增一個額外的 if 語句。結果是一個else if 語句，簡寫為 elif，如清單 6 所示。
清單 6. 使用 elif 語句
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>>> i = -8 >>> if(i > 0): ... print "Positive Integer" ... elif(i < 0): ... print "Negative Integer" ... else: ... print "Zero" ... Negative Integer |
本例只包含一個 elif 語句，而實際中可根據程式需要包含任意多個。儘管它不是最優的解決方案，但是多個 elif 語句可以用於模擬其他一些語言中的 switch case 語句。
while 迴圈
Python 中的第二種流控制語句是 while 迴圈，它在一個表示式計算為 True 時執行一個程式語句塊。while 迴圈與 if 語句一樣，支援一個可選的 else 子句，其中包含一個當表示式計算為 False 時執行的程式語句塊。但是對於 while 迴圈，這意味著在迴圈終止後，else 子句中的程式碼被執行一次（參見清單 7 中的虛擬碼）。
清單 7. while 迴圈的虛擬碼
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while (expression): # statements to execute while loop expression is True else: # statements to execute when loop expression is False |
理解了 if 語句之後，while 迴圈理解起來就相當簡單了。但是一定要知道，迴圈一直要執行到表示式計算為 False。這意味著迴圈體中執行的程式語句必須要改變表示式的值，否則迴圈將無法結束。如清單 8 所示。
清單 8. while 迴圈的一個簡單例子
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>>> i = 0 ; x = 10 >>> while(x > 0): ... i+=1 ; x -= 1 ... else: ... print i, x ... 10 0 |
該例演示了幾件事情。首先，它在一行中組合了變數初始化和變數修改：在本例中是 i 和 x 變數。其次，分別使用縮寫形式的運算子 += 和 -=來遞增 i 的值和遞減 x 的值。在本例中，迴圈開始時 x 的值為 10。每通過一次迴圈，x 的值就遞減 1。最後，x 的值為 0，此時迴圈退出，並執行 else 子句中的程式碼，列印出兩個變數的值。
while 迴圈（與本文後面介紹的 for 迴圈一樣）支援三種附加語句：
continuebreakpass
continue 和 break 語句分別用於在 while 迴圈中繼續下一次迴圈或中斷迴圈。這兩個語句通常放在 if 語句體中，以便由一個特殊的條件觸發 continue 或 break 操作。break 語句的一個特殊特性是，它完全中斷迴圈，並跳轉到迴圈下面的任一個 else 子句。
pass 語句什麼都不做。它用作一個佔位符，即在需要一個語句，但是程式邏輯不需要操作時使用。清單 9 中演示了這三種語句。
清單 9. 使用 continue、break 和 pass 語句
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>>> i = 1 >>> while(i < 1000): ... i *= 5 ... if(i % 25): ... continue ... if not (i % 125): ... break ... if not (i % 1000): ... pass ... else: ... print i ... >>> print i 125 |
這個虛構的例子一直迴圈到變數 i 大於或等於 1,000。在迴圈中，將 i 乘以 5，然後測試 i 是否被 25 整除。記住，您只在表示式為 True 時執行 if 語句體。該表示式在當變數 i 不能被 25 整除時計算為 True。（在 Python 表示式中，非零數被計算為布林值 True。）
迴圈體中的下一個語句是第二個 if 語句，它測試變數 i 是否能被 125 整除，但是該表示式前面加了一個 not 運算子。因此，當變數 i 的值能被 125 整除時執行第二個 if 語句體。此時，break 語句導致程式執行中斷 while 迴圈，跳轉到 else 子句。
最後一個 if 語句永遠不會執行，只是用於演示如何在程式中編寫 pass 語句。在後續文章中，將會介紹 pass 語句更相關的一些情況。
通過跟蹤程式的邏輯流可以看到，第一次通過迴圈後，變數 i 的值變為 5。第一個 if 語句計算為 True，因為 5 不能被 25 整除。這就會第二次進入 while 迴圈，這次變數 i 變成了 25。現在第一個 if 語句計算為 False，因為 25 能被 25 整除。第二個和第三個 if 語句也計算為False，意味著第三次進入迴圈。這次變數 i 變成了 125，並且第一個 if 語句計算為 False。
但是第二個 if 語句計算為 True，因為變數 i 能被 125 整除（並且 not 運算子將結果 0 轉換成布林值 True）。這導致執行 break 語句，中斷迴圈。else 子句永遠不被執行，所以直到顯式使用 print 語句之前不會輸出任何東西。
for 迴圈
Python 中的 for 迴圈很特殊，與 Python 程式語言中內建的容器資料型別緊密相關。當您在現實生活中有一個容器物件（比如書包）時，您通常想要看它所包含的東西。在編寫 Python 程式時也是這樣的。當需要對某件事情做一定的次數時（就像針對容器中的每一項一樣），可使用for 迴圈。清單 10 中的虛擬碼格式演示了 for 迴圈。
清單 10. for 迴圈的虛擬碼
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for item in container: # action to repeat for each item in the container else: # action to take once we have finished the loop. |
由於 Python 容器型別的豐富特性，for 迴圈非常強大。本質上，for 迴圈涉及到一個迭代器（iterator），用於在集合中逐項移動。本系列的下一篇文章將更加詳細地介紹 for 迴圈，以及如何正確地將它與不同容器型別一起使用。
控制流
本文介紹了三種 Python 程式語句：if 語句、while 迴圈和 for 迴圈。這三種語句通過選擇執行哪些語句，或者通過多次執行一組語句，讓您可以改變程式流。在後續文章中將大量用到這些語句。複合語句的特性引入了 Python 程式中的適當縮排特性，這使得 Python 程式易於讀和理解。